설계자는 일반적으로 4-20 mA 전류 루프로 설계된 산업 센싱 및 IoT 시스템을 전력 공급하기 위해 낮은 탈락 전압 조절기 (LDO) 를 사용합니다.전력 소비와 제한된 공간에 초점을 맞춘 애플리케이션, LDO는 점점 비현실적이 되고 있습니다. 이 시점에서 설계자는 전압 조절기 (박 변환기라고도 알려져 있습니다) 로 전환하는 것을 고려해야합니다.특히 높은 에너지 효율을 필요로 하는 애플리케이션, 열 분산 성능, 배터리 수명 연장
4~20mA 전류 루프는 센서에서 프로그래밍 가능한 논리 제어기 (PLC) 로 측정 결과를 전송하는 견고하고 신뢰할 수있는 방법입니다.그리고 PLC의 제어 출력을 프로세스 모듈링 장비로 전송합니다.이 시스템은 굽힌 쌍 케이블을 사용하여 정확하고 소음 저항성 있는 장거리 신호 전송을 보장하므로 다양한 산업 환경에 이상적인 선택입니다.가닥의 길이가 무엇이든, 전류는 일관성 유지, 그것은 공장, 실험실, 원격 모니터링 애플리케이션에 대한 표준 구성입니다.
현재 루프에서 LDO와 스위치 조절기 사이의 타협을 평가하면 더 똑똑하고 지속 가능한 디자인을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
LDO는 여전히 극히 낮은 소음, 단순화된 재료 목록, 또는 최소한의 전압 조절 마진과 같은 장점을 제공할 수 있는 일부 특별한 상황에도 적합합니다.그들은 열로 입력 및 출력 전압 사이의 차이를 소멸하기 때문에 낮은 고유 효율을 가지고 있습니다.이러한 낭비 된 에너지는 응용 프로그램에서 열 부하의 증가로 이어질 수 있으며 휴대용 또는 원격 응용 프로그램에서 배터리 수명을 크게 단축 할 수 있습니다.
효율성, 열 분산 성능, 또는 배터리 작동 시간이 결정적 인 경우 동기 전압 감소가 더 나은 선택이 될 수 있습니다.현대 동기 전압 감소 기술은 85% ~ 95%의 효율을 제공할 수 있습니다., 현저히 열 발생을 줄이고, 이제 또한 낮은 마이크로 암페어 범위 정전 공급. LDO는 열으로 과도한 전압을 소멸합니다.전압 조절기는 추가 전압을 사용 가능한 전류로 효과적으로 변환 할 수 있습니다., 따라서 과열 또는 에너지 낭비없이 더 많은 전력 소비 기능을 달성합니다.
이러한 특징으로 인해 전압 조절기는 열 효율을 필요로하는 몇 볼트 이상의 입력 마진을 가진 4 ~ 20 mA 루프 (전지 가동 센서와 같은) 에 대한 선호되는 솔루션입니다.또는 제한된 전력에서 장기 작동을 필요로 하는 경우.
설계된 공급 전압이 전류 루프 송신기에 필요한 전압보다 약 6V 높으면,그리고 작은 인덕터와 출력 콘덴시터를 수용 할 수있는 회로 보드에 공간이 있습니다, 효율적인 동기 버크 조절기는 일반적으로 가장 좋은 선택입니다. 그것은 효과적으로 전압을 줄일 수 있습니다,그리고 4-20mA 루프의 다른 기능에 전원을 공급하기에 충분한 전류를 보장따라서 산업 환경에서 신뢰성 및 에너지 효율성을 필요로하는 현대 송신기에 이상적인 선택입니다.
전압 조절기의 열 분산 장점은 높은 전류 및 고 온도 산업 모듈의 열 방출 장치에 대한 요구 사항을 크게 줄입니다.5μA 버크 회로조차도 LDO보다 높은 효율을 가지고 있습니다., 왜냐하면 후자는 배터리 전압의 상당 부분을 열으로 변환하기 때문입니다.
드라이브 루프
4~20mA 전류 루프는 현장 센서와 데이터를 사용하는 제어 시스템 사이에서 정보를 전송하는 가장 일반적인 방법 중 하나입니다. 신호는 온도, 압력, 흐름 속도,그리고 심지어 밸브를 이동하는 지침그것은 간단하고 신뢰할 수 있으며, 장거리 사용에 효과적입니다.
전류 루프 (그림 1) 는 온도 또는 압력 센서와 같은 기기에서 측정 신호를 전송할 수 있습니다.또는 밸브 포지셔너와 같은 메커니즘을 움직이거나 조절하는 장치에 제어 신호.
4~20 mA 전류 루프의 스케마
그림 1: 4-20 mA 전류 루프의 스케마적 다이어그램은 산업 자동화, 센서 시스템,및 프로세스 제어 응용 프로그램. (사진 소스: 아날로그 디바이스, 인크)
현재 루프는 네 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다.
DC 전원 공급 장치: 설정에 따라 9V, 12V, 24V 또는 더 높을 수 있습니다. 전원 공급 장치에서 제공하는 전압은 적어도 10% 높아야합니다.또한 모든 구성 요소 (전도체) 의 전압의 양입니다, 수신기, 배선) 로프에서 전류가 흐르면 "감소"됩니다. 그 다음 로컬 조절기는 센서와 전자 장치에 전원을 공급하기 위해 그것을 낮추고 있습니다.
센서의 한쪽에 있는 송신기는 물리적 세계를 나타내는 전기 신호를 전송합니다. 센서는 온도, 압력, 거리와 관련된 원시 신호를 생성합니다.또는 다른 물리적 측정만약 아날로그 전압이라면, 송신기의 전압 전류 변환기는 4mA에서 20mA의 비율 전류로 변환합니다.출력은 DAC를 통해 아날로그 전류로 변환됩니다.송신기는 LDO 또는 전압 조절기와 같은 자체 전원 공급원이 있습니다.
제어 끝의 수신기: 수신기는 4-20mA 신호를 읽고 제어 시스템이 측정, 표시 또는 실행 할 수있는 전압으로 변환합니다.
루프 와이어링은 전원 공급 장치, 송신기 및 수신기를 연속으로 연결합니다. 루프는 수천 피트까지 길 수 있습니다.같은 두 개의 전선이 동시다발적으로 전력과 신호 전류를 전송4선 시스템은 전력과 신호를 전송하기 위해 서로 다른 전선 쌍을 사용합니다.
-40°C에서 +105°C까지의 온도와 함께 열악한 산업 환경에서도, 전류 루프의 구성 요소는 정확하고 에너지 효율적이며 신뢰할 수 있어야 합니다.또한 루프의 안전성과 신뢰성을 보장하기 위해 필요한 안전 및 시스템 수준의 기능을 지원해야 합니다..
LDO 의 한계 를 극복 하는 것
선형 조절기는 사용하기 쉽고 소음이 낮지만 과도한 에너지를 열으로 변환하여 폐기물을 발생시킬 수 있으며 사용 가능한 전류의 상단 한도를 낮출 수 있습니다.설계자들이 송신기에 더 많은 기능을 추가하면서진단, 디지털 인터페이스, 또는 로컬 인텔리전스 등과 같이, 단순한 LDO가 제공할 수 있는 전력을 초과할 수 있는 전력 공급의 수요도 증가합니다.더 효율적인 스위치 조절기를 사용하는 것이 더 좋은 옵션입니다, 예를 들어 Analog Devices, Inc의 LT8618 시리즈.
LT8618은 산업, 자동차 및 예측 불가능한 전력을 필요로하는 다른 응용 프로그램을 포함하여 가혹한 환경에 설계 된 컴팩트하지만 강력한 버크 변환기입니다.그것은 특히 4-20 mA 전류 루프 시스템에서 사용하기에 적합합니다., 극저 정전류, 높은 효율성, 넓은 입력 범위 (3.4V에서 60V, 연속 작동) 및 65V까지의 일시적 전압 조건
LT8618 시리즈는 다양한 산업 및 루프 전원 공급 애플리케이션에 대한 다기능 전압 조절기를 제공합니다. 예를 들어:
LT8618EDDB-3.3 # TRPBF (그림 2의 스케마 다이어그램 참조) 는 고정 3.3V 출력을 제공합니다.산업 및 현장 환경에서 일반적인 예측 불가능한 전압 레일을 처리하기 위해 안정적이고 잘 정의된 전압을 필요로하는 설계에 이상적입니다.최고 출력 전류는 100mA이며, 센서, 송신기 및 기타 보조 회로에 전원을 공급하기에 적합합니다. 초저하 정적 전류는 낮은 활동 기간 동안 전력 손실을 최소화합니다.시스템 효율과 배터리 수명을 늘리는 데 도움이 됩니다..